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锂离子电池阻燃剂的阻燃实验 磷酸三甲酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-9-4 23:34:36
锂离子电池阻燃剂的阻燃实验:通过测量电解液的自熄时间,研究了阻燃剂磷酸三氯丙酯(TCPP)对电解液燃烧性能的影响。1mol/LLiPF6/EC+DMC电解液的燃烧性能随TCPP含量的增加而迅速减弱,当TCPP的含量超过35%(体积比)后,电解液不再具有可燃性;对于1mol/LLiClO4/EC+DMC电解液,阻燃作用不显著。线性电位扫描的结果表明:TCPP的电化学窗口可达417V(vs1Li/Li+)。循环实验的结果表明:LiCoO2的容量在含20%(体积比)TCPP的1mol/LLiPF6/EC+DMC电解液中仍然有120mAh/g,但是在此电解液中,中间相炭微球(MCMB)的容量下降至125mAh/g左右。

锂离子电池阻燃剂的阻燃实验:锂离子电池的正、负极均为高反应活性材料,充电电压可达412V,水基电解液已不能满足要求,因此采用碳酸酯类组成的有机电解液。虽然它们的电化学窗口较宽,可达510V以上,但这类有机电解液在满足高电化学稳定性的同时,也带来了容易燃烧的问题。

锂离子电池阻燃剂的阻燃实验:锂离子电池所采用的有机溶剂的闪点相对较低(DMC为17e,EMC为23e,DEC为33e),因此当电池过充电或受热时,电池内部易发生电解液的不可逆氧化分解或热分解,产生大量可燃性气体,并引起电池的内压急速上升,电池的外壳一旦胀裂,易发生燃烧,并引发爆炸等。电解液的燃烧反应通常是氢氧自由基参与的链式反应,因此在锂离子电池电解液中添加阻燃剂,可有效地降低电解液的可燃性。商品化的阻燃剂种类繁多,其作用机理也各不相同。 通常,在锂离子电池中使用的阻燃剂可以分为卤系和磷系。其中,磷系阻燃剂主要包括一些烷基磷酸酯、氟化磷酸酯及磷腈类化合物。当磷系阻燃剂受热时,分解释放出含磷自由基,捕获高反应活性的氢自由基,从而起到阻燃作用。

锂离子电池阻燃剂的阻燃实验:作为锂离子电池电解液的阻燃剂,除了要有较好的阻燃作用外,还要有较好的化学稳定性、与电解液有较好的相容性和较宽的电化学窗口等。含卤素的磷酸酯类在受热时,不仅可以分解释放出卤素原子来捕获氢自由基,而且可以释放出含磷的自由基来捕获氢自由基;阻燃元素间的协同作用可降低阻燃剂的用量,提高阻燃剂的阻燃效果[5]。本文选择了磷酸三氯丙酯(TCPP,江苏产,CP)作为锂离子电池电解液的阻燃剂,研究了其对有机电解液的阻燃效果以及对电池性能的影响。


TMP-cas号:512-56-1

中文名称:

中文别名:磷酸甲酯; 三甲基磷酸酯;磷酸甲酯;

分子式 C3H9O4P;(CH3O)3PO

分子量 140.08


锂离子电池阻燃剂的阻燃实验:阻燃剂作用效果的评价。为了评价阻燃剂的作用效果,通常以加入阻燃剂后有机物从开始燃烧到熄灭的时间作为评价阻燃剂优劣的标准[4]。按不同体积比将TCPP与电解液用超声波混合,然后用微样进样器(100Ll,上海产)滴加到热重实验用的铝坩埚内,点火2s,然后用秒表测定从开始燃烧到熄灭的时间,即自熄时间(SET)。

锂离子电池阻燃剂的阻燃实验:TCPP的电化学稳定性。将TCPP以5%的体积比加入1mol/LLiPF6/EC+DMC(1B1,质量比,下同)电解液中,以铂微盘电极为工作电极,较大的金属锂片为对电极和参比电极,采用双电极体系测定TCPP的电化学稳定性。所用仪器为CHI660A型电池测试系统(上海产),扫描速度为20mV/s。

锂离子电池阻燃剂的阻燃实验:模拟电池实验。分别以LiCoO2和MCMB为正极,金属锂为负极和参比电极,电解液为含不同体积TCPP的1mol/LLiPF6/EC+DMC,组装模拟电池,以确定TCPP对电池性能的影响。所用充放电仪为BTS-0550型电池测试系统(深圳产)。

锂离子电池阻燃剂的阻燃实验:Matsuda等人研究了5种氟代碳酸酯添加到常用电解液1mol/LLiClO4-EC/DEC/PC(1∶1∶1,体积比)中与石墨混合后的热稳定性、电化学氧化稳定性和充放电性能。结果显示,有氟代碳酸酯参加的电解液体系热稳定性和电化学氧化稳定性都有一定程度的提高。并且,随着氟代碳酸酯添加量的增大和电流密度的增加,电化学还原碳酸丙烯酯(PC)的量减少,因此首次库伦效率提高。甲基全氟丁醚(MFE)作为阻燃剂在阻燃性和电池性能方面比氟代碳酸丙烯酯略差。Arai等人详细评价了MFE在Li/石墨和Li/钴酸锂半电池中的性能,结果显示,含和不含MFE对Li/钴酸锂电池性能影响不大,但是含有MFE使Li/石墨电池的极化大大增加。

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